物理學家發現奇怪的晶體，其行為類似於生命物質

這聽起來可能令人難以置信，但由旋轉粒子組成的晶體是真實存在的。來自亞琛、杜塞爾多夫、美因茨和韋恩州立大學（美國底特律）的物理學家團隊研究了這些不尋常的材料及其非凡的行為。這些晶體很容易分裂成單獨的碎片，形成不尋常的晶界並顯示出可控的結構缺陷。在雜誌上發表的一項研究中 美國國家科學院院刊 (PNAS)。研究人員提出了一個廣泛的理論框架，可以預測這些系統的幾個新特性，稱為“橫向相互作用”。

自然和技術中的旋轉系統

“橫向力”不僅可以出現在工程材料中，例如某些磁性固體，還可以出現在生物系統中。在麻省理工學院 (MIT) 的一項實驗中，研究人員觀察到，海星胚胎群體通過游泳運動影響彼此圍繞彼此旋轉的運動。這種協調運動的生物功能尚不清楚，但它具有在這些合成系統中發現的相同基本特徵：相互作用、旋轉物體。

杜塞爾多夫海因里希海涅大學 (HHU) 第二理論物理研究所教授 Hartmut Löwen 博士解釋道：“由許多旋轉組成元件組成的系統顯示出一種全新的、非直觀的性質：在高濃度下，這些物體形成一個固體轉子，具有‘奇怪’的材料特性。”

這種特性被稱為“奇彈性”。通常，當材料被拉動時，它會沿著力的方向拉伸。相比之下，奇怪的彈性材料不會拉伸；它變得扭曲。

扭曲、打破和重組

這種類型的“寶石”固體也可以自行溶解。當旋轉的構件被足夠用力地摩擦時，固體可以分解成更小的旋轉微晶。更令人驚奇的是，這些碎片可以再次組裝成一個連貫的結構。

由韋恩州立大學黃志峰博士和 Löwen 教授領導的研究小組開發了一個多尺度理論模型來描述這些奇怪晶體的行為。使用這個模型，他們進行了模擬，揭示了這些旋轉材料的意想不到的模式和潛在的技術用途。

晶體逆生長規則

研究小組發現，受間接相互作用控制的大晶體往往會分解成較小的自旋單元，而較小的晶體會生長直至達到特定的臨界尺寸。這一結果與傳統的晶體生長相反，在傳統的晶體生長中，材料通常在有利的條件下不斷膨脹。

黃教授解釋說：“在這個過程的基礎上，我們發現了自然界的一個基本屬性，它決定了關鍵部件的尺寸與其旋轉速度之間的關係。”

DWI 萊布尼茨互動材料研究所和亞琛工業大學的 Raphael Wittkowski 博士補充道，該研究的作者補充道：“此外，我們已經證明了晶體中的缺陷如何表現出內在的動力學。這些缺陷的形狀可以受到外部影響，這使我們能夠看到晶體在特定應用中的特性。”

“我們廣泛的理論涵蓋了所有證明間接相互作用的系統。可以想像的應用範圍從膠體研究到生物學，”美因茨大學助理教授 Michael te Vrugt 博士說。